Как мы распознаем предметы

Выше мы рассказали о том, как наши зрительные клетки реагируют на свет и тьму, что, несомненно, является одним из основных механизмов выживания. Но наше зрение намного сложнее. Мы видим объекты, фон, окружение, людей, цвета, и все эти образы тем или иным способом обрабатываются нашим мозгом. Как это происходит?

Одно из важнейших открытий в этой области сделали нейрофизиологи Хьюбел и Визель, кропотливо изучавшие работу зрения, фиксируя действия отдельных нейронов. В 1969 году они опубликовали работу, показав, как некоторые нервные клетки первичной зрительной коры (зона V1) реагируют на линии, расположенные под специфическим углом и находящиеся только в одной части зрительного поля. Эти клетки они назвали простыми. Дальнейшие исследования показали, что простые клетки реагируют на одни и те же сигналы, воспринимаемые либо левым, либо правым глазом, и что некоторые из них реагируют также на специфические волны света, или, другими словами, на специфические цвета. Эти клетки эффективно анализируют поступающую в зрительную кору информацию и обрабатывают ее основные свойства. Затем они передают ее другим клеткам, которые Хьюбел и Визель назвали сложными. Эти клетки объединяют информацию, полученную от нескольких простых клеток, в результате чего они обретают свойство реагировать на линию, расположенную под специфическим углом в любой части зрительного поля, или на линию специфического цвета, находящуюся где бы то ни было в пределах зрительного поля. Эту информацию сложные клетки затем передают гиперсложным клеткам, реагирующим на специфические формы или очертания (рисунок 3.5).

Рисунок 3.5. Простые, сложные и гиперсложные клетки

Это означает, что наша зрительная система способна различать простые формы, очертания, а также края и границы между светлой и темной зонами. Согласно Д. Марру (1982), это все, что нам нужно, чтобы воспринимать окружающие объекты. Если мы соединим эту информацию с той, которая поступает от оптической матрицы (так Марр называет общую картину света, достигающего сетчатки), мы сможем определить контуры, т. е. края, и выявить сходные области. Объединив все это, мы получим основные структуры наблюдаемой сцены — то, что Марр назвал необработанным первоначальным эскизом. И хотя этот эскиз достаточно зыбкий и размытый, он все же дает достаточно информации, чтобы мы смогли уяснить, что за объект находится перед нами, как на пиксельном рисунке 3.6.

Рисунок 3.6. Первоначальный эскиз

Но в нашем распоряжении имеется гораздо больше информации, чем та, которая содержится в оптической матрице. Наш мозг является хранилищем опыта, и этот опыт тоже помогает нам осмысливать различаемые объекты. Нам известно, например, что объекты, находящиеся далеко от нас, выглядят меньше, чем они есть на самом деле, и что близко расположенный объект может закрывать часть того, что находится на расстоянии. Мы можем также взять на вооружение законы восприятия, открытые гештальтпсихологами в первой половине ХХ века и свидетельствующие о том, что мы пусть и бессознательно, но совершенно осмысленно и конструктивно группируем биты получаемой информации (если вы хотите узнать об этом более подробно, советую прочесть мою книгу «Доступная психология»). По мере того как мы осваиваемся в окружающей среде и лучше ее узнаем, мы усваиваем и другие законы восприятия, что, согласно Марру, дает нам возможность определить объем, или массивность, объектов, которые находятся в поле нашего зрения. Правда, эта картина слишком обща и лишена подробностей: Марр описывает ее просто как комбинацию конусов и трубок, которую он назвал 2,5-мерным эскизом, поскольку она близка к трехмерному эскизу, но чуть-чуть до него не дотягивает. В результате получается контурограмма, которой вполне достаточно, чтобы мы сумели определить предмет, находящийся в поле нашего зрения.

Некоторые знатоки утверждают, что творения таких художников, как, например, Лоуренс Стивен Лаури, оттого так сильно затрагивают струны нашей души, что они воздействуют на наши первобытные зрительные механизмы: контурные фигуры на его полотнах подобны 2,5-мерному эскизу на этапе первичной дешифровки визуальной информации, поэтому они распознаются нами мгновенно. Например, мы легко устанавливаем различия между коровой, собакой или другим человеком (рисунок 3.7) и можем даже высказать предположение об отношениях, связывающих рассматриваемых людей, исходя из их позы и того положения, которое они занимают по отношению друг к другу.

Рисунок 3.7. Контурограммы коровы, собаки и человека

Мы можем легко составить представление о том, что именно находится перед нами, и отличить животное от дерева, например. А вот отличить собаку от кошки уже гораздо труднее, ибо это требует от нас более сложного знания о мире, цвете, тенях, контурах объекта и, что самое важное, умения обращаться к воспоминаниям. Благодаря всем этим атрибутам мы развиваем в себе способность распознавать и идентифицировать то, что находится в поле нашего зрения. Но все начинается со света и тени, которые идентифицируются биполярными нейронами, а затем подвергаются дальнейшему «осмыслению» простыми и сложными клетками зрительной коры.

Определение расстояний

Видеть предметы, объекты и явления — это во всех отношениях прекрасное качество, но для того, чтобы суметь выжить в этом мире, нам необходимо также знать, где именно находятся все эти предметы, объекты и явления и как близко к нам они расположены. Американский психолог Джеймс Джером Гибсон, считающийся одним из известнейших психологов в области зрительного восприятия, объяснил, как именно устроено и организовано наше восприятие. Это объяснение ныне служит нам солидным подспорьем, помогающим познавать этот мир, передвигаться в нем и эффективно взаимодействовать с окружающими предметами. Например, тот факт, что у нас на лицевой стороне головы есть два глаза, означает, что каждый из них видит почти одно и то же, но с небольшой разницей. Это дает нам возможность сравнивать образы, увиденные каждым глазом, и посредством различия между ними определять, насколько далеко или близко находится от нас тот или иной предмет. Это возможно благодаря наличию в нашем мозге зрительной хиазмы, которая увязывает между собой сходную информацию, воспринятую двумя глазами. Когда информация от каждого глаза достигает наконец зрительной коры, она выстраивается рядами, колонками или, если хотите, столбцами, т. е. организуется так, что наш мозг без особых проблем может сравнивать эти два образа.

Почему мозг занимается этим? Зачем ему это нужно? А затем, что небольшие различия между одним и тем же образом, воспринятым обоими глазами, говорят нам о том, как далеко (или близко) от нас находится данный объект, а знать это невероятно важно, особенно если вы, например, прыгаете с ветки одного дерева на ветку другого. У древесных животных, т. е. животных, постоянно или бо́льшую часть жизни обитающих на деревьях, глаза расположены на лицевой части головы, поскольку иное расположение глаз может привести к неверной оценке расстояния, а это чревато катастрофой. У нас как высших приматов глаза тоже расположены подобным образом — как часть нашего собственного эволюционного наследия. Различия между двумя образами (точнее, одним и тем же образом, но воспринятым двумя глазами) увидеть довольно легко, если взять в руку карандаш и поднести его к глазам на расстоянии вытянутой руки. Закройте один глаз и выровняйте карандаш с какой-нибудь линией или вехой на заднем фоне. Затем закройте этот глаз и откройте другой — карандаш будет выровнен иначе. Поднесите карандаш чуть ближе к лицу и повторите упражнение — разница окажется еще больше. Вот как мозг использует оба глаза для определения расстояний. На научном языке это называется бинокулярной диспаратностью. Но одной диспаратностью умение определять расстояние не ограничивается.

Когда мы совершаем передвижения, перемещаясь, например, с одного места на другое, зрительный образ, воспринимаемый глазами, в это время как бы течет и изменяется. Это тоже очень важный фактор для определения того, как далеко от нас находятся те или иные реалии и где находимся мы сами по отношению к ним. Это явление получило название «оптический поток», и мы пользуемся им более или менее бессознательно. В следующий раз, когда будете ехать на поезде или в машине в качестве пассажира, обратите внимание на то, как меняются окружающие вас предметы, если внимательно наблюдать за ними. Те, что находятся далеко, будто движутся вместе с вами в том же самом направлении; а те, что близко, проносятся мимо в противоположную сторону. По мере движения ваш оптический поток неустанно течет и меняется.

Оптический поток как свойство зрительного пространства в равной мере характерен для каждого глаза, и то же самое можно сказать о других дистанционных критериях объекта, находящегося в поле нашего зрения, таких как его величина, высота и габариты. Именно этими критериями пользуется художник, когда пишет реалистическое полотно, хотя они порой могут создавать весьма интересные зрительные иллюзии (если эта тема вам интересна, более подробную информацию о ней вы можете найти в моей книге «Доступная психология»). Однако в реальной жизни наш мозг использует движение и оптический поток для того, чтобы понять и осмыслить все, что нас окружает, так что иллюзии встречаются не так уж и часто. В силу этого даже люди, видящие только одним глазом, тоже спокойно могут определять расстояния, хотя иногда их определение страдает небольшими погрешностями.